[發(fā)明專利]綠色輕量化纖維增強(qiáng)金屬層管及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910387535.1
• 申請(qǐng)日: 2019-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN110181839B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊建偉;郎梓薦;姚德臣;何山;孫茂林;林晨瀅;薛欣悅;張猛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京建筑大學(xué)
• 主分類號(hào): B29D23/00
• 分類號(hào): B29D23/00
• 代理公司: 北京德崇智捷知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11467
• 代理人: 黃雪

一種綠色輕量化纖維增強(qiáng)金屬層管制造方法。本發(fā)明將內(nèi)、外兩層鋁管之間設(shè)置纖維預(yù)浸料，使得纖維預(yù)浸料由所述內(nèi)層鋁管和所述外層鋁管包裹，并隨同所述內(nèi)層鋁管和所述外層鋁管一并經(jīng)過脹接處理而與所述內(nèi)層鋁管和所述外層鋁管集成為一整體，其中，脹接處理的壓力的脹接加載路徑根據(jù)該纖維增強(qiáng)金屬層的本征關(guān)系而確定。由此，本申請(qǐng)的纖維增強(qiáng)金屬層管能夠結(jié)合鋁和樹脂兩種材料的優(yōu)勢(shì)，獲得性能參數(shù)滿足要求的纖維增強(qiáng)金屬層管。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體而言涉及一種綠色輕量化纖維增強(qiáng)金屬層管及其制造方法。

背景技術(shù)

輕量化是航空航天，高速鐵路，汽車和其他運(yùn)輸機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。采取薄壁、整體、輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)輕量化產(chǎn)品的重要措施。2009年在丹麥哥本哈根舉行的世界氣候大會(huì)COP15倡議倡導(dǎo)綠色低碳生活方式和企業(yè)生產(chǎn)消費(fèi)。對(duì)于綠色制造來講，其中重要的措施也是將部件進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，各個(gè)國家及地區(qū)針對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)的環(huán)保、安全耐腐蝕等要求越來越嚴(yán)格，這些指標(biāo)要求都極大的促進(jìn)了全世界范圍內(nèi)的汽車制造廠商積極研制一些環(huán)境友好型的汽車產(chǎn)品。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,采用輕量化設(shè)計(jì)制造的汽車相比于以往的鋼材制造能夠使汽車質(zhì)量減輕約25％。

通常的輕量化設(shè)計(jì)，主要是利用鋁合金密度小的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。但是，鋁合金等傳統(tǒng)的金屬材料雖然塑性相比一些其他的材料好，且易于加工成型，但抗腐蝕性相對(duì)來說進(jìn)行比較是較差的；纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料具有高比模量，比強(qiáng)度，耐腐蝕性和疲勞性能，但具有較差的抗沖擊損傷性和延展性，且易受潮濕影響，并且水分老化受環(huán)境影響很大。兩者單獨(dú)作為運(yùn)輸機(jī)械用材均存在明顯缺陷。

纖維增強(qiáng)金屬層管能夠結(jié)合上述兩種材料的優(yōu)勢(shì)。纖維加強(qiáng)金屬層管是一種由金屬層管和纖維復(fù)合材料交替鋪層后，在某種固定的壓力和溫度下進(jìn)行固化的層間超混雜材料。但是現(xiàn)有的纖維增強(qiáng)金屬層管，由于其制造過程需要嚴(yán)格設(shè)計(jì)管材成型壓制的應(yīng)力模型，而現(xiàn)有CLT理論對(duì)于不同纖維增強(qiáng)金屬層管的應(yīng)力分析有限制。其只能分析MVF在0.45至0.85之間的單向拉伸性能，因而基于其所獲得的本征關(guān)系不準(zhǔn)確，基于該本征關(guān)系建立的脹接加載路徑也相應(yīng)的存在誤差，按照該脹接加載路徑加工很難獲得性能參數(shù)滿足要求的纖維增強(qiáng)金屬層管。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種綠色輕量化纖維增強(qiáng)金屬層管及其制造方法，以解決現(xiàn)有制造加工技術(shù)所造成的產(chǎn)品性能的缺陷。本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案。

一種綠色輕量化纖維增強(qiáng)金屬層管的制造方法，步驟包括：

第一步，分別將內(nèi)層鋁管、外層鋁管放置在丙酮溶液中浸泡，而后用清水洗凈；

第二步，分別將所述內(nèi)層鋁管和所述外層鋁管在55℃的堿性溶液中堿洗1-2分鐘，而后用清水洗凈、烘干；其中，所述堿性溶液包括質(zhì)量比為20：1：1的清水、氫氧化鈉和無水碳酸鈉；

第三步，將纖維預(yù)浸料裁剪為能夠完全覆蓋所述內(nèi)層鋁管的外壁表面的尺寸，將所述纖維預(yù)浸料粘貼在所述內(nèi)層鋁管的外壁表面并貼合所述內(nèi)層鋁管的外壁表面對(duì)所述纖維預(yù)浸料的邊緣進(jìn)行裁剪；

第四步，先對(duì)貼有所述纖維預(yù)浸料的內(nèi)層鋁管進(jìn)行脹接模擬，脹接模擬中，施加于所述內(nèi)層鋁管內(nèi)壁的壓力所對(duì)應(yīng)的脹接加載路徑根據(jù)該纖維增強(qiáng)金屬層的本征關(guān)系而確定；

第五步，根據(jù)脹接模擬數(shù)據(jù)對(duì)所述外層鋁管的厚度、所述纖維預(yù)浸料的厚度計(jì)算補(bǔ)償量以確定脹接摸具的尺寸；

第六步，將所述外層鋁管包裹在所述纖維預(yù)浸料和所述內(nèi)層鋁管外壁，將所述外層鋁管以及其內(nèi)所設(shè)置的纖維預(yù)浸料和所述內(nèi)層鋁管整體設(shè)置于脹接摸具內(nèi)，對(duì)所述內(nèi)層鋁管的內(nèi)壁施加壓力以進(jìn)行脹接處理；脹接處理中，所述壓力的脹接加載路徑根據(jù)該纖維增強(qiáng)金屬層的本征關(guān)系而確定；

第七步，去除所述壓力，對(duì)所述脹接摸具內(nèi)所獲得的纖維增強(qiáng)金屬層管進(jìn)行下料處理和/或固化處理。